Сови, як повідомляється, можуть бути більш імпульсивними, ніж жайворонки
Стаття
У міру того, як штучний інтелект і розумні пристрої продовжують розвиватися, машинний зір відіграє все більш важливу роль як ключовий інструмент сучасних технологій. На жаль, незважаючи на значний прогрес, системи машинного зору все ще стикаються з серйозною проблемою: обробка величезних обсягів візуальних даних, що генеруються щосекунди, вимагає значних енерговитрат, сховища та обчислювальних ресурсів. Це обмеження ускладнює розгортання можливостей візуального розпізнавання в периферійних пристроях, таких як смартфони, дрони або автономні транспортні засоби.
Цікаво, що людська зорова система пропонує переконливу альтернативну модель. На відміну від звичайних систем машинного зору, які повинні вловлювати та обробляти кожну деталь, наші очі та мозок вибірково фільтрують інформацію, що забезпечує більш ефективну візуальну обробку з мінімальним споживанням енергії. Таким чином, нейроморфні обчислення, які імітують структуру та функції біологічних нейронних систем, стали перспективним підходом до подолання існуючих перешкод у комп'ютерному зорі. Однак залишалися дві основні проблеми. Перший полягає в досягненні розпізнавання кольорів, порівнянного із зором людини, тоді як другий полягає в усуненні потреби в зовнішніх джерелах живлення для мінімізації споживання енергії.
На цьому тлі дослідницька група під керівництвом доцента Такаші Ікуно зі Школи передового проектування факультету інженерії електронних систем Токійського університету науки (TUS), Японія, розробила новаторське рішення. Їхня стаття, опублікована в 15 випуску Scientific Reports 12 травня 2025 року, представляє штучний синапс з автономним живленням, здатний розрізняти кольори з дивовижною точністю. Співавторами дослідження є пан Хіроакі Комацу та пані Норіка Хосода, також з TUS.
Дослідники створили свій пристрій, інтегрувавши дві різні чутливі до барвників сонячні елементи, які по-різному реагують на різні довжини хвиль світла. На відміну від звичайних оптико-електронних штучних синапсів, для яких потрібні зовнішні джерела живлення, запропонований синапс виробляє електроенергію шляхом перетворення сонячної енергії. Ця здатність до самоподачі робить його особливо придатним для додатків периферійних обчислень, де енергоефективність має вирішальне значення.
Як показали численні експерименти, отримана система може розрізняти кольори з роздільною здатністю 10 нанометрів у всьому видимому спектрі — рівень дискримінації, що наближається до рівня людського ока. Більше того, пристрій також продемонстрував біполярні відгуки, виробляючи позитивну напругу в синьому світлі та негативну напругу в червоному світлі. Це дозволяє виконувати складні логічні операції, які зазвичай вимагають кількох звичайних пристроїв. «Результати показують великий потенціал для застосування цього оптико-електронного пристрою наступного покоління, який забезпечує дискримінацію кольорів з високою роздільною здатністю та логічні операції одночасно, у малопотужних системах штучного інтелекту (ШІ) з візуальним розпізнаванням», — зазначає доктор Ікуно.
Щоб продемонструвати реальні програми, команда використовувала свій пристрій у обчислювальній структурі фізичного резервуара для розпізнавання різних рухів людини, записаних червоним, зеленим і синім кольорами. Система досягла вражаючої точності 82%, класифікуючи 18 різних комбінацій кольорів і рухів за допомогою лише одного пристрою, а не кількох фотодіодів, необхідних у звичайних системах.
Результати цього дослідження поширюються на багато галузей. В автономних транспортних засобах ці пристрої можуть забезпечити більш ефективне розпізнавання світлофорів, дорожніх знаків і перешкод. У сфері охорони здоров'я вони можуть живити носимі пристрої, які відстежують життєво важливі показники, такі як рівень кисню в крові, з мінімальним споживанням батареї. Для побутової електроніки ця технологія може призвести до створення смартфонів і гарнітур доповненої/віртуальної реальності зі значно покращеним часом автономної роботи, зберігаючи при цьому складні можливості візуального розпізнавання. «Ми вважаємо, що ця технологія сприятиме впровадженню малопотужних систем машинного зору з можливостями розпізнавання кольору, близькими до можливостей людського ока, із застосуванням в оптичних датчиках для безпілотних автомобілів, малопотужних біометричних датчиках для медичного використання та портативних пристроях розпізнавання», — зазначає доктор Ікуно.
В цілому, ця робота є значним кроком на шляху до того, щоб вивести чудеса комп'ютерного зору на межу, дозволяючи нашим повсякденним пристроям бачити світ так само, як ми його бачимо.
Джерело: Токійський університет природничих наук
